CC BY
22
ИЗВЕСТ
661.732.9:532.72
КОЭФФИЦИЕНТЫ ДИФФУЗИИ ТРИГЛИЦЕРИДОВ И ЖИРНЫХ КИСЛОТ В ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА ПРИ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Е.П. КОШЕВОЙ, Х.Р. БЛЯГОЗ, А. А. СХАЛЯХОВ Кубанский государственный технологический университет Майкопский государственный технологический институт
Экстракция двуокисью углерода при сверхкри-тических условиях является перспективным способом извлечения свободных жирных кислот при рафинации жиров [1] и триглицеридов при очистке фосфатидов [2]. При проектировании экстракционного оборудования и разработке процессов, использующих сверхкритические растворители, требуется знание бинарных коэффициентов диффузии растворяемых веществ.
В работе [3] методами математического моделирования с использованием преобразованных уравнений авторов [4], а также уравнения состояния Пенга-Робинсона определено поведение коэффициентов диффузии жирных кислот на примере стеариновой кислоты при бесконечном разбавлении в двуокиси углерода в сверхкритической области в диапазонах давлений от 80 до 400 бар и температур от 293 до 373 К. Показано, что наибольшие значения коэффициентов диффузии отмечаются на оси гребня, которая имеет линейный характер и проходит через критическую точку. Такая линия, так называемая ’’квазиспинодаль” [5], разграничивающая область состояний, родст-
венных жидкости, от области состояний, родственных газу, отмечена и при исследовании растворимости жирного масла в сверхкритическом С02 16].
С целью определения области режимов, наиболее эффективных для экстракции, важна точность предсказания бинарных коэффициентов диффузии различных жирных кислот и триглицеридов.
Корреляции для оценки коэффициентов диффузии в сверхкритических растворителях имеют невысокую точность — среднее абсолютное отклонение расчетных значений коэффициентов диффузии жирных кислот и триглицеридов по корреляции [4] от экспериментальных значений [9] составило 26,8%. Характерно, что одними и теми же авторами [4, 7, 8] опубликованы разные зависимости для одних и тех же данных и с той же невысокой точностью.
Представляется, что более точные зависимости могут быть получены при обработке экспериментальных данных непосредственно для определенных веществ. Исходя из этого, авторы работы [9] опубликовали большую базу экспериментальных данных по различным веществам, в том числе по жирным кислотам и триглицеридам (таблица), и предложили ряд возможных переменных и видов зависимостей для корреляции.
Разнообразие жирных кислот и триглицеридов требует включить в корреляцию большое число
Таблица
Жирные кислоты и триглицериды Д-109 м2/ с Т, к Я, бар Рі■ кг/м3 М2, кг/кмоль Р2- , кг/м3 • 106, м3/моль 1/2-106, м3/моль Vі06- м3/моль *1-Ю4, Па-с У X
Триолеин 4,6 308,06 201 867,6 885,38 909,3 50,82 973,69 3051 0,8535 0,0465 1,6902
3,6 308,06 251 902,9 885,38 909,3 48,05 973,69 3051 0,9332 0.0346 1,6241
Линолевая кислота 10 •314,46 130 731,6 280,44 888,5 63,88 315,63 1035 0,6122 0,1175 2,0976
9,2 314,46 140 753,4 280,44 888,5 61,38 315,63 1035 0,6445 0,1058 2,0369
8,1 314,46 160 786,8 280,44 888,5 58,14 315,63 1035 0,6982 0,0898 1,9504
> 8,1 314,46 170 800,4 280,44 888,5 56,64 315,63 1035 0,7215 0,0884 1,9173
» 7,8 314,46 180 812,5 280,44 888,5 55,43 315,63 1035 0,7432 0,0839 1,8887
Олеиновая кислота 5,6 308,16 201 867,1 282,45 880,3 50,88 320,86 1045 0,8525 0,0566 1,7578
* 4,8 308,16 251 902,5 282,45 880,3 48,05 320,86 1045 0,9322 0,0462 1,6889
» ». 15,4 313,46 120 714,4 282,45 876,7 66,08 322,17 1045 0,5884 0,1842 2,1248
13,7 313,46 130 740,6 282,45 876,7 62,96 322,17 1045 0,6256 0,1598 2,0497
ь 12,9 313,46 135 751 282,45 876,7 61,72 322,17 1045 0,6413 0,1488 2,0213
» 11,9 313,46 140 761,3 282,45 876,7 60,62 322,17 1045 0,657 0,1358 1,9939
10,8 313,46 160 793,4 282,45 876,7 57,53 322,17 1045 0,7097 0,1189 1,9132
Стеариновая кислота 12,8 313,46 130 740,6 284,47 866,5 62,96 328,3 1087 0,6256 0,1493 2,0923
11,9 313,46 140 761,3 284,47 866,5 60,62 328,3 1087 0,657 0,1358 2,0354
» 11,5 313,46 150 778,6 284,47 866,5 59,31 328,3 1087 0,6847 0,1288 1,9902
* * 11,0 313,46 160 793,4 284,47 866,5 57.53 328,3 1087 0,7097 0,1211 1,9530
0,2 0.18 0,16 -і
0.14 І
І
0,12 ■
0,1 ‘ 0,08 '! 0,06 0,04 0,02 0 - I
1,5;
парам! понен; ции м< менньї МО учіі ки (таі ряемьі триглі раство тура, і теля и раствч рител|
лярньї
динам величі вать і двуок(
темпе] ная мі
МОЛЯР)
Рі и | исполі [13]. У нию V Из корре.
где
7Г2 =
^3 = ( НЬІХ І! ЩЄСТВ,
Тем та на
Так:
релящ
0,2
0.18
0,16 -
0,14 і 1
0,12 ; 0,1 -
0,08
0,06
0.04
0,02
1,5 '.“о 2
параметров, характеризующих растворяемые компоненты. Основой для разработки такой корреляции может стать использование обобщенных переменных [10]. При построении последних необходимо учитывать следующие свойства и характеристики (таблица): О — коэффициент диффузии растворяемых (в нашем случае — жирных кислот и триглицеридов) при бесконечном разбавлении в растворителе (двуокиси углерода), Т — температура, Р — давление, р,, р2 — плотности растворителя и растворяемого, М2 — молекулярная масса растворяемого, У2 — молярные объемы растворителя и растворяемого, Ус — критический молярный объем растворяемого, г]1 — коэффициент динамической вязкости растворителя. Кроме этих величин, приведенных в таблице, следует учитывать неизменяющиеся свойства растворителя — двуокиси углерода: Тс^ = 304,2 К — критическая
температура, М1 = 44,01 кг/кмоль — молекулярная масса, Уг = 94,04 см / моль — критический
молярный объем. Величины £>, Т,, Р взяты из [9], рх и — из [11], Уг — из 1.2] расчетом с
использованием метода Лидерсена, М2 и р2 — из [13]. Удельный объем рассчитывается по соотношению V » М/р.
Из указанных переменных можно представить корреляцию в обобщенных переменных
(1) Шмидта;
где
ж.
я, = Дл2)Дя3),
= D/Oj/;/, — число
Т/^с— температурный симплекс; лг = (.У/УС)/(У3/УЛ - симплекс относительных молярных объемов диффундирующих веществ.
Температурная зависимость может быть принята на основании работ [14, 15]
/(я2) = уТ7Т~ (2)
Таким образом, предлагается осуществить корреляцию в следующем виде:
где Y =
Do,
■■
гХ =
Y = F(X),
(3)
V*
На рисунке: представлены результаты корреляции. Полученные результаты можно описать зависимостью
У = 0,0023 Я5'709 (г2 = 0,9159). (4)
Среднее отклонение расчетных значений коэффициентов диффузии от экспериментальных составляет 10,8%, что сопоставимо с ошибкой эксперимента.
ВЫВОД ................
Получена зависимость в обобщенных переменных для расчета коэффициента диффузии жирных кислот и триглицеридов в двуокиси углерода при сверхкритических условиях.
ЛИТЕРАТУРА
US Patent. 4156688 May 29, 1979. Process For Deodorizing Fats And Oils.
US Patent. 4367178 Jan. 4, 1983. Process For The Production Of Pure-Lecithin Directly Usable For Physiological Purposes.
Кошевой Е.П., Тихонов Д.Э., Блягоз X.P., Схаляхов А.А. Поведение коэффициентов диффузии жирных кислот в СОг при сверхкритических условиях / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1999. — № 2-3. — С. 72-73. Chao-Hong Не, Yong-Sheng Yu. Estimation of Infinite-Dilution Diffusion Coefficients in Supercritical Fluids // Ind. Eng. Chem. Res. — 1997. — 36. — P. 4430-4433. Филиппов Л.П. Методы расчета и прогнозирования свойств веществ. — М.: Изд-во МГУ. 1988. — 252 с. Кошевой Е.П., Боровский А.Б., Тихонов Д.Э. Моделирование растворимости жирного масла в двуокиси углерода в сверхкритической области / / Сб. науч. тр. ’’Совершенствование процессов пищевой промышленности. Технология и процессы пищевых производств”. Ч, 2. — Краснодар: КубГТУ, 1997. — С. 40-43.
Chao-Hong Не, Yong-Sheng Yu, Wei-Ke Su. Tracer diffusion coefficients of solutes in supercritical solvents / / Fluid Phase Equilibria. — 1998. — 142. — P. 281-286. Chao-Hong He. Infinite-dilution diffusion coefficients in supercritical and hightemperature liquid solvents // Ibid.
— 147. — P. 309-317.
Suarez J.J., Medina.I., Bueno J.I. Diffusion coefficients in supercritical fluids: available data and graphical correlations // Ibid. — 153. — P. 167-212.
10. Кошевой Е.П., Попова С.А., Масликов В.А. Использование обобщенных переменных для корреляции экстракционных свойств растворителя / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1973. — № 6. — С. 116-119.
11. Алтунин В.В. Теплофизические свойства двуокиси углерода. — М.: Изд-во стандартов, 1975. — 546 с.
12. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справ, пособие. — J1.: Химия, 1982. — 592 с.
13. Маркман A.JI. Химия липидов. Вып. 1. Жирные кислоты.
— Ташкент, 1963. — 176 с.; Вып. 2. — Ташкент, 1970. — 222 с.
14. Dymond J.H. Corrected Enskog Theory and the Transport Coefficients of Liquids // J. Chem. Phys. — 1974. — 60.
— P. 969-973.
15. Chen S.-H. A Rough-Hard-Sphere Theory for Diffusion in Supercritical Carbon Dioxide // Chem. Eng. Sci, — 1983.
— 38. — P. 655-660.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 21.02.2000 г.
1.
9.
